CN110132619A - 一种汇控柜中除湿系统的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测试领域，尤其涉及一种汇控柜中除湿系统的测试装置，包括：大气环境模拟系统，通过调节温湿度来模拟汇控柜所在的大气环境的温湿度变化；柜内环境模拟系统，通过调节温湿度来模拟汇控柜的内部环境的温湿度变化；测试系统，通过比较汇控柜内绝对湿度的变化趋势来判断不同大气环境下除湿系统的除湿效果。本发明通过大气环境模拟系统能模拟汇控柜外部的大气环境，柜内环境模拟系统能在汇控柜内部模拟需要的温度湿度及其变化曲线，在两套温度湿度模拟系统的配合下，测试系统能准确的测试出除湿系统的除湿效果。

Description

一种汇控柜中除湿系统的测试装置

【技术领域】

本发明涉及测试领域，尤其涉及一种汇控柜中除湿系统的测试装置。

【背景技术】

目前，一些电网变电站户外密封箱体1因沿海、多雨、潮湿等地理环境因素影响，其箱体1内部存在受潮问题，极易发生电网设备事故。如隔离、接地开关箱受潮，可能出现闸刀卡涩拒动或闸刀误动；如断路器机构箱受潮，可能出现断路器开关误动，异常发信等问题；如GIS设备或变压器汇控柜受潮，可能会使智能终端死机停止工作，装置异常等。

GIS智能汇控柜是电缆汇集的地方，位于电缆沟的上方，电缆通过汇控柜上的电缆线孔进入汇控柜内，并通过密封胶泥进行密封。雨天时，雨水会流进电缆沟，由于胶泥并不能实现完全密封或者长时间胶泥老化失效的原因，一些水汽会进入汇控柜的内部，以及服役期间箱体1密封件(密封圈老化或连接部件密封胶失效)失效产生的受潮，而进入其中的水汽在温度变化下会产生“凝露”现象。

对于汇控柜的除湿控温研究有很多，根据汇控柜内是否添加除湿系统可分为两种：一种是无除湿系统仅通过汇控柜外壳与外界环境的相对隔离来减少水汽的进入，使汇控柜内部保持干燥的状态。这种情况一般可用于外界湿度较小的环境，如汇控柜放置在气候常年干燥且通风良好的地区。另一种则是附加除湿系统对汇控柜内气体进行除湿工作，根据文献报道，国内汇控柜的除湿系统根据其除湿原理的不同常见的有加热除湿法、冷凝除湿法、干燥空气除湿法等。以上各个方法的除湿效果与外界环境密切相关，例如冷凝除湿法在低温环境时除湿的效率很低。

因此在研究除湿效率与外界环境的相互关系时，仅靠单一的实验室环境或寻找多个特定气候的场地都无法兼顾试验的普遍性与即时性。

【发明内容】

基于上述问题，本发明提出了一种汇控柜中除湿系统的测试装置，用于测试汇控柜中除湿系统的除湿效果。详见下文描述：

一种汇控柜中除湿系统的测试装置，包括：

大气环境模拟系统，通过调节温湿度来模拟汇控柜所在的大气环境的温湿度变化；

柜内环境模拟系统，通过调节温湿度来模拟汇控柜的内部环境的温湿度变化；

测试系统，通过比较汇控柜内绝对湿度的变化趋势来判断不同大气环境下除湿系统的除湿效果。

优选的，所述大气环境模拟系统包括：箱体，以及设于箱体内的

第一温湿度传感器组，用于检测箱体内的温湿度，并将温湿度数据发送到第一控制模块；

第一控制模块，用于将接收的温湿度数据与设定的温湿度比较，根据比较的结果对第一送风装置、第一温度调节装置、第一湿度调节装置进行控制；

所述第一送风装置，用于实现箱体内空气的流动；

所述第一温度调节装置，用于实现箱体内温度的调节；

所述第一湿度调节装置，用于实现箱体内湿度的调节。

优选的，所述大气环境模拟系统还包括：依次设于箱体内的第二温度调节装置、第二送风装置、第三温度调节装置、第二湿度调节装置、第四温度调节装置，所述第二温度调节装置、第二送风装置、第三温度调节装置、第二湿度调节装置、第四温度调节装置与第一控制模块电性连接。

优选的，所述柜内环境模拟系统包括：

设于汇控柜下方的水槽，用于模拟电缆沟内的湿气；

第二温湿度传感器，用于检测汇控柜内的温湿度，并将温湿度数据发送到第二控制模块；

第二控制模块，用于将接收的温湿度数据与设定的温湿度比较，根据比较的结果对第三送风装置、第五温度调节装置、第三湿度调节装置进行控制；

所述第三送风装置，用于实现汇控柜内空气的流动；

所述第五温度调节装置，用于实现汇控柜内温度的调节；

所述第三湿度调节装置，用于实现汇控柜内湿度的调节。

优选的，所述柜内环境模拟系统还包括：

第三温湿度传感器，用于检测汇控柜内待测试的电气元件的温度以及该电气元件附近的湿度，并将温湿度数据发送到测试系统，所述测试系统根据温湿度数据来判断待测试的电气元件的运行状态。

采用本发明提出的技术方案，可实现如下有益效果：大气环境模拟系统能模拟汇控柜外部的大气环境，柜内环境模拟系统能在汇控柜内部模拟需要的温度湿度及其变化曲线，在两套温度湿度模拟系统的配合下，测试系统能准确的测试出除湿系统的除湿效果。

【附图说明】

图1为本发明一实施例的整体框架图；

图2为本发明一实施例中的大气环境模拟系统的模块示意图；

图3为本发明一实施例中的箱体的结构示意图；

图4为本发明另一实施例中的大气环境模拟系统的模块示意图；

图5为本发明一实施例中的大气环境模拟系统的整体结构示意图；

图6为本发明一实施例中大气环境模拟系统的流程示意图；

图7为本发明一实施例中的柜内环境模拟系统的模块示意图；

图8为本发明一实施例中的柜内环境模拟系统的结构示意图；

图9为本发明一实施例中的柜内环境模拟系统的流程示意图；

图10为本发明一实施例中的不开启除湿系统在不同箱内温度下箱体内部相对湿度变化曲线图；

图11为本发明一实施例中的不开启除湿系统在不同箱内温度下箱体内部绝对湿度变化曲线图；

图12为本发明一实施例中的开启除湿系统在不同箱内温度下箱体内部绝对湿度变化曲线图；

图13为本发明另一实施例中的柜内环境模拟系统的流程示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案的具体实施方式作进一步地详细描述。

本发明的基本思想是提供一种汇控柜中除湿系统的测试装置，如图1所示，整个测试装置由三部分组成，第一部分为大气环境模拟系统，第二部分为柜内环境模拟系统，第三部分为测试系统。将汇控柜放置在大气环境模拟系统中，大气环境模拟系统通过调节温湿度来模拟汇控柜所在的大气环境的温湿度变化，柜内环境模拟系统通过调节温湿度来模拟汇控柜的内部环境的温湿度变化，测试系统通过比较汇控柜内绝对湿度的变化趋势来判断不同大气环境下除湿系统的除湿效果。

如图2所示，大气环境模拟系统包括：箱体1，以及设于箱体1内的第一温湿度传感器组2，用于检测箱体1内的温湿度，并将温湿度数据发送到第一控制模块3；第一控制模块3，用于将接收的温湿度数据与设定的温湿度比较，根据比较的结果对第一送风装置41、第一温度调节装置42、第一湿度调节装置43进行控制；所述第一送风装置41，用于实现箱体1内空气的流动；所述第一温度调节装置42，用于实现箱体1内温度的调节；所述第一湿度调节装置43，用于实现箱体1内湿度的调节。

如图3所示，箱体1整体骨架用铝型材和三角板通过螺栓连接而成，搭建成一定大小的立方体框架。在骨架外面包上泡沫夹芯板12，泡沫夹芯板12连接处施以密封胶，以保证内外环境的隔绝。箱体1的门14使用铰链13，可以让门14绕着铰链13做旋转90°的运动。箱体1内部左边贴着内板处用铝型材搭建第一支架，后面贴着内板用铝型材搭建第二支架，第一支架位置高于第二支架。

在第一支架上，依次摆放第一送风装置41、第一温度调节装置42、第一湿度调节装置43。第一送风装置41的出风口朝向第一温度调节装置42的方向，第一温度调节装置42的出风口朝向第一湿度调节装置43的方向，第一湿度调节装置43的方向朝向右边，即第二温度调节装置44的进风口。以此保证气流依次经过第一送风装置41、第一温度调节装置42、第一湿度调节装置43。

如图4所示，作为本实施例的优选，大气环境模拟系统还包括：依次设于箱体1内的第二温度调节装置44、第二送风装置45、第三温度调节装置46、第二湿度调节装置47、第四温度调节装置48，所述第二温度调节装置44、第二送风装置45、第三温度调节装置46、第二湿度调节装置47、第四温度调节装置48与第一控制模块3电性连接。

在第二支架上，第二温度调节装置44、第二送风装置45按照如图5的顺序放置。第二温度调节装置44的出风口朝向第二送风装置45的方向，第二送风装置45的出风口方向朝向下边，即第三温度调节装置46的进风口。第三温度调节装置46和第二湿度调节装置47按照图中顺序摆放在箱体1内部的地板上。第三温度调节装置46的出风口朝着第二湿度调节装置47的方向，第二湿度调节装置47的出风口则朝向左边，即第四温度调节装置48的进风口。上述布置可以保证气流依次经过第一送风装置41、第一温度调节装置42、第一湿度调节装置43、第二温度调节装置44、第二送风装置45、第三温度调节装置46、第二湿度调节装置47、第四温度调节装置48，完成流动整个过程。

第一、二、三温度调节装置旁的壁板均开有一定大小的孔洞，与温度调节装置的热气排出管相连，相连处用密封胶粘连并固定，保证外界空气不会通过缝隙漏入。第四温度调节装置48则为装在门上的一体式温度调节装置。四个温度调节装置的热气均向外排放。

上述第一送风装置41、第二送风装置45采用热风机，第一温度调节装置42、第二温度调节装置44、第三温度调节装置46、第四温度调节装置48采用空调、第一湿度调节装置43、第二湿度调节装置47采用加湿器。需要说明的是，在不同的实施例中，第一送风装置41、第一温度调节装置42、第一湿度调节装置43、第二温度调节装置44、第二送风装置45、第三温度调节装置46、第二湿度调节装置47、第四温度调节装置48可以分别采用不同的装置来实现送风或温度调节或湿度调节。

第一温度湿度传感器组2的四根温度湿度测试杆摆放在箱体1正中间，四根杆处于正方形的四个顶点。汇控柜3位于以第一温度湿度传感器组2为顶点的正方形的中间部位，以保证能第一温度湿度传感器组2准确监测汇控柜周围空气的湿度温度。

大气环境模拟系统的控制过程如下：

如图6所示，第一控制模块3读取箱体1内第一温度湿度传感器组2获取的温度T₁、湿度H₁，并将读取的温度T₁、湿度H₁分别与设定温度T₂、湿度H₂进行比较，此时会出现四种工况：

1)第一种工况是设定温度T₂大于箱体1内的温度T₁且设定湿度H₂大于箱体1内的湿度H₁，说明需要加热加湿，则启动热风机和加湿器，空调处于非制冷状态，保持送风模式；

2)第二种工况是设定温度T₂大于箱体1内的温度T₁且设定湿度H₂小于箱体1内的湿度H₁，此时需要加热除湿，则启动四个空调的除湿模式和热风机，让加湿器维持较低加湿速度或者普通的送风模式；

3)第三种工况是设定温度T₂小于箱体1内的温度T₁且设定湿度H₂大于箱体1内的湿度H₁，此时需要制冷加湿，则需要启用四个空调的制冷模式和加湿器，送风机不制热或者保持送风模式；

4)第四种工况是设定温度T₂小于箱体1内的温度T₁且设定湿度H₂小于箱体1内的湿度H₁，此时需要制冷除湿，只需要开启四个空调的制冷模式，其他设备维持送风模式即可。

在设备启动之后，置于四周的装置吹出的气流首尾相连，且所有装置分布于三个不同的高度上，能快速带动箱内不同高度的气流在箱体1内部产生环形流动。在产生环形气流的同时，也能保证箱体1中间部位，即汇控柜所处位置的空气的相对静止。四根温度湿度测试杆上的八个传感器构成了一个长方体空间，可以对箱体1内部最关键的区域实施实时监测，能在保证湿度温度要求的情况下尽可能的模拟汇控柜所处的自然环境。

如图7所示，柜内环境模拟系统包括：设于汇控柜下方的水槽10，用于模拟电缆沟内的湿气；第二温湿度传感器5，用于检测汇控柜内的温湿度，并将温湿度数据发送到第二控制模块6；第二控制模块6，用于将接收的温湿度数据与设定的温湿度比较，根据比较的结果对第三送风装置71、第五温度调节装置72、第三湿度调节装置73进行控制。所述第三送风装置71，用于实现汇控柜内空气的流动；所述第五温度调节装置72，用于实现汇控柜内温度的调节；所述第三湿度调节装置73，用于实现汇控柜内湿度的调节。

如图8所示，汇控柜放置在汇控柜架子11上，汇控柜正下方放置装有水的水槽10，以此模拟电缆沟内的湿气对汇控柜的影响。汇控柜的门装有第五温度调节装置72。汇控柜下部放置有待测试的除湿系统8、第三送风装置71、第三湿度调节装置73、第五温度调节装置72。第三送风装置71、第三湿度调节装置73、第五温度调节装置72三者配合工作可以模拟出预设的柜内的湿度温度环境，在PID控制算法的控制下可以拟合一些容易产生凝露现象的温度湿度变化曲线，以测试待测试的除湿系统的性能。其中，第三送风装置71采用小型热风机、第三湿度调节装置73采用小型加湿器、第五温度调节装置72采用小型空调，需要说明的是，在不同的实施例中，第三送风装置71、第三湿度调节装置73、第五温度调节装置72可以分别采用不同的装置来实现送风或温度调节或湿度调节。

柜内环境模拟系统的控制过程为：

如图9所示，在预设温度和湿度后，第二控制模块6读取箱体1内第二温度湿度传感器5获取的温度T₃、湿度H₃，并将读取的温度T₃、湿度H₃分别与设定温度T₄、湿度H₄进行比较，此时会出现五种工况：

1)第一种工况是设定温度T₄大于箱体1内的温度T₃且设定湿度H₄大于箱体1内的湿度H₃，需要加热加湿，那么启动小型送风装置和小型湿度调节装置，一体式温度调节装置处于非制冷状态，保持送风模式；

2)第二种工况是设定温度T₄大于箱体1内的温度T₃且设定湿度H₄小于箱体1内的湿度H₃，需要加热除湿，则启动一体式温度调节装置的除湿模式和小型送风装置，关闭小型加湿器；

3)第三种工况是设定温度T₄小于箱体1内的温度T₃且设定湿度H₄大于箱体1内的湿度H₃，需要制冷加湿，则需要启用一体式温度调节装置的制冷模式和小型湿度调节装置，关闭送风装置；

4)第四种工况是设定温度T₄小于箱体1内的温度T₃且设定湿度H₄小于箱体1内的湿度H₃，需要制冷除湿，只需要开启温度调节装置的制冷模式，关闭其他设备即可；

5)第五种工况是要模拟预想的温度湿度变化曲线，则先按前面步骤将温度湿度调至预想的值，并通过PID控制启动相应的设备并控制好工作模式，将箱内温度湿度按照预想的过程变化至另一个预想的值。

在一实施例中，试验选取25℃，30℃，35℃，40℃，45℃五个温度值，来进行除湿系统除湿效果的试验，每次开始试验前都设置好试验温度，第一控制模块3通过PID算法控制加热片将箱体1内部的温度控制在设定温度，然后开启加湿器持续加湿直至绝对湿度为25hPa时停止加湿，同时开始记录温湿度数据。试验时第一控制模块3继续通过PID算法控制加热片，而不管除湿系统是否开启，保证试验过程中都将箱体1内部的温度稳定在设定的试验温度。

绝对湿度是指水在空气中的蒸汽压与同温度同压强下水的饱和蒸汽压的比值：

式中,是此时的相对湿度，单位为％，e是此时的水汽压值即绝对湿度，单位为hPa，e_sw是所求的饱和水汽压值，单位为hPa。

饱和水汽压值通过马格努斯饱和水汽压公式计算：

式中，e₀＝6.11hPa，是0℃时的饱和水汽压，t是温度，单位为℃，对于水面来说a＝7.5,b＝237.3。

通过绝对湿度计算公式，可以根据采集到的温湿度数据计算出不同温湿度情况下对应的绝对湿度的值，将试验采集到的相对湿度和计算出的绝对湿度值经过处理后绘制成曲线图。通过比较绝对湿度的变化趋势可以得出不同箱内温度下除湿系统的除湿效果。若绝对湿度迅速变小，则说明除湿系统的除湿效果好；若绝对湿度变化不大，则说明除湿系统的除湿效果不好。

如图10是不开启除湿系统，在不同箱内温度下测得的内部相对湿度变化曲线。从图中可以看出在不开启除湿系统时试验箱体1内部的相对湿度在试验前后几乎无变化。

由于温度的不同，相对湿度无法直观反映出柜内相同的含水量，根据绝对湿度的计算公式，将图10的相对湿度转换为绝对湿度值，如图11所示。从图11可以看出，在不开启除湿系统的时候，由于箱体1并不是绝对的密封，在试验过程中绝对湿度出现的略微的下降，但总体来说内部的湿度保持在25hPa左右，并且温度的变化对绝对湿度基本无影响，因为绝对湿度反映的是空气中水分的含量，这为后续开启除湿系统试验除湿效果提供了试验依据。

为了更好直观地比较半导体冷凝除湿系统在不同的环境温度下的除湿效果，在开启除湿器前，控制加湿器，使得在不同的温度下的绝对湿度一样，也即在试验箱内的水汽含量是一致的。将采集数据绘制成绝对湿度曲线，如图12所示。

从图12可以看出，在试验箱体1内部温度为25℃～45℃时，开启除湿器后，试验箱体1内部的绝对湿度开始快速下降，箱内温度越低，绝对湿度下降速度越快，在箱内温度为45℃时绝对湿度下降很平缓，等到试验结束，绝对湿度最终基本都保持在了24.5hPa，并且温度越低试验箱体1内部最终的绝对湿度越低，冷凝除湿效果越好，在箱内温度为25℃时，最终绝对湿度维持在了16hPa。这是因为在初始阶段，试验箱体1内部湿度较高，半导体冷凝除湿系统的冷端更容易冷凝出水分，但是随着冷凝除湿系统的工作，试验箱体1内部的湿度下降，冷端的温度达不到凝露条件，冷凝除湿系统无法继续冷凝。

图中的25℃、30℃和35℃对应的曲线可以看出，前面10分钟绝对湿度快速下降，随着时间再延长，曲线越来越平缓，说明此时，除湿器再继续工作已无意义。

而图中40℃和45℃绝对湿度曲线出现了先下降后上升的趋势，这是因为在温度较高时，冷凝除湿系统冷凝出来的水分较少不足以形成液滴排出而是依附在冷端散热片上。但随着时间的增加，此时热端散热片由于环境温度较高，无法排出更多热量，半导体致冷效率变低，使得冷端散热器温度有所回升，不仅不能继续使周围空气达到露点，还使得其中一部分附着在冷端散热器上的冷凝水又重新被气化回到了试验箱体1，使得绝对湿度重新上升。

在实验完成后，可以直接获取汇控柜内部的数据，并对其进行分析，再针对除湿设备进行相应的改进，极大地提高了汇控柜除湿设备设计过程的效率。

在另一实施例中，柜内环境模拟系统还包括：第三温湿度传感器91，用于检测汇控柜内待测试的电气元件的温度以及该电气元件附近的湿度，并将温湿度数据发送到测试系统，所述测试系统根据温湿度数据来判断待测试的电气元件的运行状态。

如图13所示，汇控柜上部及中部装有常用的汇控柜电气元件和预制的滑槽92，滑槽92可以安装额外需要测试的电气元件。第三温湿度传感器91负责监控汇控柜内部安装的电气元件的运行状态，并对其实施状态记录，主要检测电气元件是否发生凝露现象和工作情况。

本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种汇控柜中除湿系统的测试装置，其特征在于，包括：

大气环境模拟系统，通过调节温湿度来模拟汇控柜所在的大气环境的温湿度变化；

柜内环境模拟系统，通过调节温湿度来模拟汇控柜的内部环境的温湿度变化；

测试系统，通过比较汇控柜内绝对湿度的变化趋势来判断不同大气环境下除湿系统的除湿效果。

2.根据权利要求1所述的汇控柜中除湿系统的测试装置，其特征在于，所述大气环境模拟系统包括：箱体，以及设于箱体内的

第一温湿度传感器组，用于检测箱体内的温湿度，并将温湿度数据发送到第一控制模块；

第一控制模块，用于将接收的温湿度数据与设定的温湿度比较，根据比较的结果对第一送风装置、第一温度调节装置、第一湿度调节装置进行控制；

所述第一送风装置，用于实现箱体内空气的流动；

所述第一温度调节装置，用于实现箱体内温度的调节；

所述第一湿度调节装置，用于实现箱体内湿度的调节。

3.根据权利要求2所述的汇控柜中除湿系统的测试装置，其特征在于，所述大气环境模拟系统还包括：依次设于箱体内的第二温度调节装置、第二送风装置、第三温度调节装置、第二湿度调节装置、第四温度调节装置，所述第二温度调节装置、第二送风装置、第三温度调节装置、第二湿度调节装置、第四温度调节装置与第一控制模块电性连接。

4.根据权利要求1所述的汇控柜中除湿系统的测试装置，其特征在于，所述柜内环境模拟系统包括：

设于汇控柜下方的水槽，用于模拟电缆沟内的湿气；

第二温湿度传感器，用于检测汇控柜内的温湿度，并将温湿度数据发送到第二控制模块；

第二控制模块，用于将接收的温湿度数据与设定的温湿度比较，根据比较的结果对第三送风装置、第五温度调节装置、第三湿度调节装置进行控制；

所述第三送风装置，用于实现汇控柜内空气的流动；

所述第五温度调节装置，用于实现汇控柜内温度的调节；

所述第三湿度调节装置，用于实现汇控柜内湿度的调节。

5.根据权利要求4所述的汇控柜中除湿系统的测试装置，其特征在于，所述柜内环境模拟系统还包括：

第三温湿度传感器，用于检测汇控柜内待测试的电气元件的温度以及该电气元件附近的湿度，并将温湿度数据发送到测试系统，所述测试系统根据温湿度数据来判断待测试的电气元件的运行状态。